свободно распространяться в пространстве. Это означает, что нет ни одного стопроцентно непроницаемого барьера – волны могут просачиваться в области, в которые, классически говоря, они вообще не должны проникать. По словам Гамова, «если волна проходит, даже и с некоторыми трудом, она всегда протащит с собой частицу»[127]. Теперь мы называем это квантовым туннелированием. Прочитав статью Резерфорда, Гамов быстро сформулировал простую модель для описания такой вероятности в случае урана и обнаружил, что его теория прекрасно объясняет период радиоактивного полураспада элемента. Он также выяснил, как альфа-частицы покидают ядро при радиоактивном распаде. Он понимал, что напал на след.

Затем Гамов отправился в Институт Нильса Бора, где продолжил расчеты, выясняя, может ли эта идея применяться и в обратном направлении, чтобы помочь при бомбардировке элементов снарядами с искусственным ускорением. Нильс Бор советовал ему отправиться в Кембридж, но, зная некоторую нелюбовь Резерфорда к теоретикам, они планировали немного задобрить ученого. Гамов прибыл в начале 1929 года, вооруженный подарком: двумя нарисованными от руки графиками, относящимися к экспериментам Резерфорда по бомбардировке легких ядер альфа-частицами. На первом графике было показано, что с увеличением энергии альфа-частиц увеличится и количество протонов, откалывающихся от легких элементов – обнадеживающая идея для команды, вынужденной подсчитывать вспышки в темноте. Второй график демонстрировал, что при заданном уровне энергии альфа-частиц от более легких ядер откалывается меньше протонов. Обе теории Гамова прекрасно соответствовали экспериментальным данным. Стратегия сработала, и Гамова приняли в Кавендише.

Согласно воспоминаниям Гамова, он прибыл в Кембридж и показал свою работу Резерфорду, а затем его усадили за расчет энергии, необходимой протонам для попадания в ядра легких элементов[128]. Очень просто аргументируя свои выводы, Гамов сказал, что она должна составлять примерно 1/16 от энергии альфа-частиц. «Так просто? – спросил Резерфорд. – А я думал, что вам нужно исписать горы бумаги проклятыми формулами».

До визита Гамова один из его черновиков уже попал к Джону Кокрофту, проводившему аналогичный расчет. В результате расчетов он получил энергии частиц в электрон-вольтах или эВ (1 эВ – это количество энергии, которое получает частица[129], пройдя разность потенциалов в 1 вольт). До сих пор ему требовалось, чтобы протоны достигли 1 миллиона электрон-вольт (МэВ), для чего был необходим ускоритель частиц на миллион вольт. Теперь он пришел к выводу, что существует небольшая вероятность того, что протон с энергией менее 1 МэВ сможет проложить свой путь в ядро. На самом деле, требуемая энергия может составлять всего 300 кэВ (килоэлектронвольт). Кокрофт уже понял значение этой идеи: если протоны могут квантово-механически «туннелировать» через кулоновский барьер, то, возможно, попасть в атомное ядро можно с помощью не такого мощного ускорителя частиц, как они думали. До сих пор неясно, кто первый сообщил Резерфорду о такой возможности, Кокрофт или Гамов, но важно то, что они оба пришли к одному и тому же результату[130], и они оба находились при этом в одной лаборатории.

Резерфорд принял решение. И впервые в его жизни столь значимое решение основывалось исключительно на теоретическом прогнозе, но он знал, что если они не начнут действовать прямо сейчас, то их могут опередить. Он вызвал Кокрофта и прогремел: «Постройте мне ускоритель на миллион электронвольт – мы без проблем расколем ядро лития!»

Теперь, когда Кокрофту требовалась лишь десятая часть напряжения, которое он рассматривал ранее, задумка стала казаться более осуществимой, и он нацелился на 300 тысяч вольт. Это было минимальное напряжение, при котором, согласно его расчетам, может произойти что-то интересное. Но Кокрофт был отчаянно занят организацией экспериментов по созданию мощного магнитного поля в лаборатории по соседству, поэтому и он, и Резерфорд поняли, что ему нужен партнер, который может проводить эксперименты и который интересуется ускорением частиц. Они нашли добровольца в лице Эрнеста Уолтона.

Вместе Кокрофт и Уолтон хотели провести самый большой эксперимент во всем Кавендише. Даже при напряжении в 300 кВ установка была уж очень сложным и дорогим зверем. Ученые признавали, что им придется столкнуться и с другими проблемами, помимо высокого напряжения, чтобы заставить ускоритель частиц работать. Во-первых, им понадобится источник частиц. В случае с электронами все достаточно просто, но создать постоянный поток протонов, альфа-частиц или чего-то еще гораздо сложнее. Затем им нужно послать эти частицы через высокое напряжение, чтобы напитать их энергией. К тому же надо было придумать, как управлять лучом и работой самого устройства с безопасного расстояния, поскольку оно будет испускать излучение. Как только у них появятся высокоэнергетические частицы, их нужно направить в какую-то мишень. И, наконец, когда все это будет сделано, понадобится система детекторов, чтобы видеть, к чему привела реакция.

По крайней мере об одном они не беспокоились: в лаборатории было полно экспертов по подсчету вспышек на экране, и постоянно возникали новые идеи, как обнаружить частицы, в том числе с помощью облачной камеры Вильсона. Но Кокрофт и Уолтон оказались перед трудной задачей, когда дело дошло до создания источника протонов, генерирования высоких напряжений без разрушения устройства и успешного контроля самого эксперимента.

Установка современного оборудования, предназначенного для передачи высокого напряжения, в плохо спроектированной университетской лаборатории пугала многих физиков, но Джон Кокрофт был полон решимости заставить ускоритель работать. Понимая, что они не могут производить все необходимое собственными силами, он обратился к создателям ведущего в мире высоковольтного оборудования – своим бывшим работодателям в Metrovick. Его первой просьбой был источник питания, мотор-генератор, который Кокрофт приобрел за хорошую цену. Затем им понадобился трансформатор, чтобы повысить напряжение до 300 тысяч вольт, но, когда Кокрофт запросил его, возникли трудности. Трансформаторы Metrovick, используемые для высокоэнергетических рентгеновских трубок и электрических испытаний, попросту слишком велики, чтобы пройти через узкий арочный дверной проем Кавендишской лаборатории. Поэтому Кокрофт попросил Metrovick сделать такой трансформатор, который бы смог.

Следующим шагом было преобразование высоковольтного переменного тока от трансформатора в источник постоянного тока. Переменный ток, который обычно поступает от наших розеток, колеблется между положительными и отрицательными значениями примерно 50 раз в секунду, но Кокрофт знал, что это не годится для ускорения частиц, потому что отрицательная часть волны переменного тока будет скорее замедлять, чем ускорять частицы. Ему был нужен постоянный ток для подачи напряжения, которое всегда толкало бы протоны вниз по трубке. А для этого требовалось еще одно устройство — выпрямитель, но не было доступных коммерческих выпрямителей, которые могли бы выдержать 300 тысяч вольт. Кокрофт понимал, что это ограничение надо преодолеть, поскольку в будущем ему понадобится еще более высокое напряжение. Поэтому, пока Metrovick все еще работал над новым трансформатором, Кокрофт и